基于单片机的智能窗户系统设计（32WIFI+蓝牙+语音版）-设计说明书
电子校园网 编号：
M22015-04M-LW
设计摘要：
本次设计的智能窗户系统是一个集成了多种传感器和通信技术的智能化系统。该系统通过检测风速、雨量和温度等参数，实现自动控制窗户的开关以及换气功能。同时，该系统还支持蓝牙、WiFi和语音等多种方式与手机进行连接和控制。
首先，系统可以通过风速传感器来监测当前的风速情况，以防止强风进入室内，保证室内的安全与舒适度。其次，系统还配备了雨量传感器，用于检测降雨情况，避免雨水进入室内，保持室内干燥。此外，系统还具备温度传感器，可以实时检测室内温度，达到自动关窗防止室内过冷。另外，系统支持设置时间，可以定时进行窗户的开关操作，实现周期性的自动换气。这样可以保持室内空气的新鲜与流通，提升室内的舒适度。除了自动控制功能，该系统还提供了多种方式与手机进行连接和控制。首先，可以通过蓝牙连接手机，实现窗户开关以及模式的远程控制。其次，通过WiFi连接手机，实现更加稳定和便捷的控制方式。最后，还可以通过语音控制窗户开关，方便用户在无需操作手机的情况下，通过语音指令轻松控制窗户。
综上所述，基于STM32的智能窗户系统集成了风速、雨量和温度传感器，实现了自动关窗、定时换气等功能，并且支持蓝牙、WiFi和语音控制方式，为用户提供了智能、便捷的窗户控制体验。这一系统的应用可以有效提升室内环境的安全性和舒适度，满足人们对于智能化生活的需求。
关键词：单片机；智能窗户；环境检测；自动控制
字数：12000+
实物链接：
基于单片机的智能窗户系统设计（32WIFI+蓝牙+语音版）-实物设计
开题报告链接：
基于单片机的智能窗户系统设计（32WIFI+蓝牙+语音版）-开题报告
仿真链接：
内容预览：
摘 要
ABSTRACT
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
1.2 国内外研究现状
1.3 课题主要内容
2 系统设计方案
2.1 系统整体方案
2.2 单片机的选择
2.3 电源方案的选择
2.4 显示方案的选择
2.5 温度检测方案的选择
3系统设计与分析
3.1 整体系统设计分析
3.2 风速检测模块
3.3 雨滴传感器
3.4 液晶屏显示模块
4 系统程序设计
4.1 编程软件介绍
4.2 主程序流程设计
4.3 按键函数流程设计
4.4 显示函数流程设计
4.5 处理函数流程设计
5 实物调试
5.1 电路焊接总图
5.2 相关参数检测实物测试
5.3 不同模式下实物测试
5.4 设置相关参数阈值实物测试
5.5 语音控制实物测试
5.6 蓝牙控制实物测试
5.7 WIFI控制实物测试
6 仿真调试
6.1仿真总体设计
6.2显示屏显示测试
6.3阈值设置测试
6.4模式切换测试
6.5语音和蓝牙控制测试
结 论
参考文献
致 谢
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
当今社会,大家普遍使用传统窗户,采取人工方式闭合,而传统窗户不具有自动检测户外温湿度、空气质量的功能,更无法做到根据外部环境情况,自动开关窗的人性化功能.所以当人们外出又忘记关闭窗户,适逢雨雪天气,家居就要饱受雨水的摧残,给生活带来很多麻烦[1]。而随着智能家居技术的迅猛发展为解决这一问题提供了新的可能，智能窗户系统作为智能家居的重要组成部分，通过集成传感器和通信技术，能够实现自动控制、远程控制和智能化管理，为用户提供更加智能、便捷和舒适的室内环境。
基于此，本次设计的智能窗户要解决传统窗户存在的不便之处，提供更加智能、便捷、舒适和节能的居住体验。通过集成传感器和控制器等技术手段，智能窗户能够实现自动化控制，避免了人工开关的繁琐操作。同时，智能窗户系统的智能化功能使得窗户能够根据环境变化自动调整状态，提高室内环境的质量和舒适度。此外，智能窗户还具备一定的节能效果，通过自动关闭窗户或定时开窗换气，能够减少室内能耗，提高能源利用效率。总之，该智能窗户的设计有利于提供更加智能化、便捷、舒适和节能的居住体验，满足人们对优质生活品质的追求，并具备良好的市场前景和应用价值。
1.2 国内外研究现状
在国内，智能窗户的研究和应用还相对较新，但近年来也得到了快速发展。国内的一些科研机构、高校和企业纷纷加入智能窗户研究的行列。他们在材料科学、电子技术、人机交互等方面进行了一系列创新研究，推动了智能窗户技术的进步。同时，一些企业也相继推出了智能窗户产品，提供了自动开关、远程控制和智能化管理等功能。智能家居产业的蓬勃发展也为智能窗户的推广和应用提供了有利条件。
潘玉玥,梁凤严,黄月霞等（2022）以STM32单片机为主要的控制系统,根据雨滴传感器,大气压强传感器,光照传感器和温湿度传感器采集数据,以步进电机作为驱动器设计的一款智能窗户.利用光照传感器,窗户可根据室内外光照强度,从而控制窗帘的开关;遇到下雨天气时,雨滴传感器接收到信号,反馈给单片机,利用数模转换,控制电机转动,窗户做出相应的动作.当大气压强传感器采集到的气压值低于限值时,即判断有降雨趋势,则控制电机转动,窗户关闭.此外,通过OLED显示屏实时显示雨水状态,窗户窗帘开关状态及环境数据[2]。
潘立言，李奕凡等（2022）基于现代物联网技术设计了一种多功能智能窗户.该智能窗户以STM32F103ZET6作为核心处理器,在传统窗户上搭建传感器局域网,并通过ESP8266 WiFi模块访问互联网,搭载3.5寸LCD触摸显示屏,LD3320语音识别模块,GY-39光照温湿度传感器,PM2.5粉尘传感器,HC-06蓝牙模块,电机驱动模块等多种电子器件模块;同时结合调光玻璃,涡卷弹簧,棘轮棘爪,同步带等其他机械构件的应用,设计了一款机电一体化的集局域网和广域网数据互通,智能控制,远程遥控访问,语音助手,智能调光,自动开关窗,安全安防,隐形纱窗等多种功能的智能窗户[3]。
刘梓硕，曹智杰，刘文龙（2023）介绍了基于STM32单片机的智能窗户设计.该设计采用了光强传感器,温湿度传感器,烟雾传感器和红外传感器来感知环境并收集数据,根据环境的变化自动控制窗户的开启和关闭.此外,该系统还具备手动控制,语音控制,实时显示功能,可通过手机APP进行监控和控制.系统的核心部分是STM32单片机,通过编程实现了各种功能.该设计不仅实用,而且具有一定的智能化水平,能够提高生活质量和舒适度[4]。
在国外，智能窗户的研究和应用领先于国内。一些知名科技公司，如谷歌、亚马逊和苹果等，推出了智能家居平台和智能窗户产品，通过集成传感器、控制系统和通信技术，实现了智能窗户的自动开关和模式调节。此外，一些学术机构和研究团队也投入了大量资源进行智能窗户相关的研究。其中，涉及机器学习、人工智能和物联网等领域的研究成果日益丰富，为智能窗户的设计和优化提供了有力支持。
2020年 Brown S C提供了智能窗口的连接器。智能窗口可能包含可光学切换的窗格。在一个方面，窗户单元包括包括光学可切换窗格的中空玻璃单元。导线组件可以连接到中空玻璃单元的边缘，并且可以包括与光学可切换窗格的电极进行电气通信的导线。浮动连接器可以连接到导线组件的远端。浮动连接器可以包括法兰和鼻端，法兰上有两个孔，用于将浮动连接器固定到第一框架上。鼻子可能包括一个末端面，该末端面呈现两个相反极性的暴露触点[5]。
有效利用有限的能源资源是防止因严重能源损失而造成的重大停电的核心方法。智能窗户可调节从入射阳光传递的热能，作为替代技术，通过抑制不必要的能源使用（例如建筑物内的空调或供暖）来解决快速接近的能源危机，引起了极大的兴趣。在这里，2020年Kang S K , Dong H H , Chang H L , et al展示了一套双重响应智能窗户的材料和设计理念，这些材料和设计理念有效地减少了我们有限的能源储备的消耗。所提出的智能窗口基于热响应聚合物水凝胶的较低临界溶解温度与石墨烯基柔性加热器的电驱动相结合的概念;这种组合有助于主动控制被动式移动热响应智能窗口。所提出的智能窗户表现出高于90%的高度可调透明性，这相当于从入射光的高透射到在热或电刺激下穿透的完全阻断的几乎瞬时的变化。特别是，当模型房屋的窗户被开发的柔性智能窗户所取代时，白光照射下室内温度的增量率急剧降低。这种类型的主动光控制系统有望创造一个新的机会，通过管理传输到房屋内部的光能来实现加热，冷却和照明成本的节省[6]。
与上述几种设计方案相比，该设计方案更加方便易懂，便于实际操作，价格低廉，在集成电路的选择上更易于使用和精巧。
1.3 课题主要内容
本设计基于单片机的智能窗户的系统软件。系统软件由STM32F103最小单片机，DS18B20测温控制模块，风速和雨量检测模块，步进电机模拟窗户和OLED显示模块显示设计，并具有功能键、声控、蓝牙和WIFI多种方式控制模块一起形成。主要设计内容如下：
1、通过检测风速大于设置的风俗会自动关窗；
2、通过检测雨量大于设置的雨量会自动关窗；
3、通过检测温度小于最小温度会自动关窗；
4、可以设置时间，周期性的自动换气。
5、可以设置温度最小值，雨量最大值以及风速最大值。
6、可以通过蓝牙连接手机并控制窗户的开关以及模式
7、可以通过WiFi连接手机并控制窗户的开关以及模式
8、可以通过语音控制窗户开关
